Село Чашниково впервые упоминается в начале XVI века как вотчина новгородских купцов Андрея и Дмитрия Чашниковых. В 1585 году в Писцовых книгах зафиксировано существование в селе каменной пятиглавой церкви. В этот период селом владел боярин Никита Романович Захарьин-Юрьев, дядя первого царя из династии Романовых, Михаила Фёдоровича.
Архитектурно храм представляет собой четырёхстолпный крестово-купольный пятиглавый храм, выполненный из кирпича. Особенностью его композиции является отсутствие алтарных апсид, что выделяет его среди подобных построек того времени. Исследования показывают, что изначально храм был отделан терракотой, что является редкостью для русского зодчества.
В 1688 году село Чашниково перешло во владение Льва Кирилловича Нарышкина, дяди Петра I. В конце XVII века, при Нарышкиных, обветшавшая церковь была реконструирована в стиле «московского» или «нарышкинского» барокко. Были надстроены стены основного объёма и малые барабаны, пристроены приделы и паперть. Старая звонница была разобрана, и вместо неё возведена новая шатровая колокольня с поясом резных узоров в стиле барокко. Фасады храма украсили ложные закомары с барочными раковинами внутри, а щелевидные проёмы были заменены восьмигранными окнами.
В середине XIX века храм подвергся очередным изменениям: приделы были объединены с основным объёмом посредством широких арочных проходов, а стены и своды покрыты росписью. В 1895 году артель Н.М. Сафонова обновила живопись и написала иконы для главного иконостаса в «древнем стиле»; придельные иконостасы сохранили стиль середины XIX века. В этот же период к западной стороне церкви по проекту архитектора А.А. Латкова была пристроена новая кирпичная колокольня, а в 1898 году построено здание церковно-приходской школы из красного кирпича с тёмной кровлей, фасад которого украшен ризалитом.
В советский период храм не закрывался и продолжал функционировать, что позволило сохранить его архитектурный облик и внутреннее убранство. В 1960 году Троицкая церковь была взята под охрану государства как памятник культуры федерального значения.
В настоящее время Троицкий храм в Чашниково является действующим. При храме функционирует воскресная школа, проводятся регулярные богослужения и обряды. Храм хранит святыни, среди которых икона преподобного Сергия Радонежского с частицей мощей и власами, икона Божией Матери «Скоропослушница», написанная и освящённая на святой горе Афон, икона великомученика и целителя Пантелеимона, а также икона святителя Спиридона Тримифунтского с частицами облачения святого, написанная на острове Корфу.
